Reference : Evolution régressive récente de la végétation des tourbières hautes à sphaignes en Ha...
Dissertations and theses : Doctoral thesis
Life sciences : Phytobiology (plant sciences, forestry, mycology...)
http://hdl.handle.net/2268/83096
Evolution régressive récente de la végétation des tourbières hautes à sphaignes en Haute Ardenne (Hautes-Fagnes, Belgique)
French
Hindryckx, Marie-Noëlle mailto [Université de Liège - ULg > Département des sciences de la vie > Didactique des sciences biologiques - Didactique des sciences biologiques >]
Nov-1999
Université de Liège, ​Liège, ​​Belgique
Docteur en sciences
269 + 140
Schumacker, René mailto
Streel, Maurice mailto
Damblon, Freddy
Grosvernier, Philippe
Remacle, Jean
Lambinon, Jacques mailto
Stein, Jacques
[en] raised bog ; Hautes-Fagnes ; degradation ; restoration
[fr] En Europe tempérée, les tourbières hautes à sphaignes intactes, du nord de l'Allemagne au massif Central français, font partie des rares écosystèmes postglaciaires que l'on peut considérer comme naturels ou très proches de l'état naturel. Malheureusement, la plupart ont été détruites ou fortement perturbées par une activité anthropique intense.

Quelques-unes cependant ont conservé une partie centrale subintacte. C'est le cas des trois grandes tourbières hautes du plateau des Hautes-Fagnes de Belgique: celles de la fagne Wallonne, de la fagne de Cléfaye et du Misten. Leur végétation appartient à la classe des Vaccinio oxycocci-Sphagnetea magellanici Br.-Bl. & Tx. 43 et l'ordre des Eriophoro vaginati-Sphagnetalia papillosi Tx. 70.

Mais leur mise en réserve ne suffit pas à garantir leur sauvegarde : au cours des trente dernières années, de 10 à 25 % de la surface couverte par les tourbières hautes intactes du plateau des Hautes-Fagnes ont été dégradées, principalement envahis par Molinia caerulea.

S'il est important de constater des faits aussi alarmants, il est encore plus essentiel de comprendre exactement leur origine, afin de pouvoir prendre rapidement les mesures adéquates pour contrecarrer les facteurs qui les conditionnent, et de tenter, au moins d'atténuer, sinon de supprimer, leurs effets néfastes, voire de restaurer les conditions permettant à la végétation naturelle de ces milieux de reconquérir les espaces perdus.

Les buts principaux de ce travail sont les suivants:
• mettre en évidence les conséquences actuelles et récentes de l'altération des tourbières sur les plans écologiques et phytodynamiques;
• identifier et dater les causes de la dégradation des parties intactes des tourbières hautes à sphaignes du plateau des Hautes-Fagnes;
• examiner les mesures pratiques de gestion à court, moyen et long terme, entreprises en Belgique ou à l' étranger pour restaurer l'évolution naturelle de la végétation des systèmes tourbeux.

Etudes de la végétation

Les cartes de végétation au 1/250 indiquent que, malgré quelques différences, le phénomène de la dégradation semble s'amorcer de la même manière dans les trois tourbières. On constate:
• un encerclement des zones de tourbières intactes par Molinia caerulea (en touradons parfois très élevés), mais également sa présence, sous forme plus diffuse, au sein d' étroites zones de transition et même au sein des zones de végétation turfigène;
• un assèchement du sol, qui se traduit par l'implantation des éricacées, surtout en périphérie des zones relativement intactes;
• l'existence de Deschampsia flexuosa, en lisière des zones exclusivement colonisées par Molinia caerulea, qui semble liée aux pentes relativement fortes;
• la faible représentation, tant qualitative que quantitative, des espèces bryophytiques; les sphaignes sont souvent peu ou mal développées et le nombre d' espèces rencontrées est restreint (inférieur à 10);
• l'occupation des tourbières par des espèces relativement exclusives (Empetrum nigrum, Molinia caerulea et d'autres buissons très denses d'éricacées) qui empêchent le développement d'autres espèces plus turfigènes.

L'analyse des relevés de végétation situés le long de trois transects montre que la tourbière du Misten est visiblement la plus intacte (ou la mieux conservée) tant pour le recouvrement des sphaignes rencontrées que pour leur vitalité et leur répartition sur la tourbière, mais la carte de végétation indique que Molinia caerulea encercle la périphérie de cette tourbière haute.

La tourbière de la fagne de Cléfaye paraît beaucoup plus sèche et surtout, les sphaignes ont un pourcentage de recouvrement plus faible qu'au Misten. Certaines touffes d'Empetrum nigrum ne contiennent plus aucune bryophyte. Par contre, c'est sur cette tourbière qu'il y a le plus d'espèces différentes de sphaignes.

La tourbière de la fagne Wallonne est la plus dégrade (du moins dans sa partie nord-ouest). La complexité du problème a déjà été évoquée lors d'études antérieures.

Pour se rendre compte de l'évolution de la végétation dans le temps, tous les relevés qui ont été réalisés le long des transects sur les trois tourbières ont fait l'objet d'un suivi d'observation.

Même si un délai de six ou sept ans entre les relevés de végétation n’est pas très significatif à l' échelle de l' évolution d'une tourbière, les résultats permettent cependant de mettre en évidence certaines tendances d'évolution de la végétation des principales tourbières du haut-plateau.

Le long du transect inventorié, la végétation de la tourbière du Misten semble être stable et optimale pour développer une activité turfigène typique d'une tourbière haute ombrogène.

La partie nord de la tourbière de la fagne Wallonne montre des signes beaucoup plus inquiétants d'évolution (embruyèrement rapide) ou de dégradation de la végétation (diminution des peuplements de sphaignes et densification des zones à molinie, envahissement par des semis de Betula alba subsp. Glutinosa).

La végétation de la tourbière de la fagne de Cléfaye évolue manifestement vers un stade plus xérique (forte intensification de l'embruyèrement) sans pour cela mener à une raréfaction des sphaignes.

Nous avons voulu replacer ces études évolutives dans un contexte plus large et tirer parti d'études antérieures réalisées sur le haut-plateau dans des conditions semblables.

Malgré les difficultés d'interprétation rencontrées, les données des différentes recherches permettent de dire que, depuis une quarantaine d' années, on assiste à une transformation rapide de la végétation des tourbières hautes. S'agit-il d'une évolution naturelle ou d'un processus de dégradation?
La partie nord de la tourbière de la fagne Wallonne montre des signes évidents de dégradation du tapis végétal. La partie sud de cette dernière et la tourbière de la fagne de Cléfaye illustrent plutôt une évolution de la végétation vers un stade fortement embruyéré, avec cependant une nette réduction des peuplements à sphaignes. C'est la tourbière du Misten qui semble connaître 1'évolution la plus lente: est-on en présence d'un stade antérieur d'évolution de la végétation ou l' équilibre est-il atteint?

Etudes hydrologiques

En conditions naturelles, les fluctuations de la nappe d'une tourbière ombrogène, à l'échelle annuelle, restent modestes : d'une saison à l'autre, les variations observées sont de l’ordre d'une dizaine de centimètres. II est donc important de vérifier si les variations du niveau de la nappe sont de cet ordre ou si les phénomènes d'altération, visibles au niveau de la végétation présente sur les trois tourbières, se traduisent également au niveau du comportement des nappes d' eau à la surface de ces tourbières.

II apparaît, grâce au suivi des 148 piézomètres repartis sur les trois tourbières, que le niveau de la nappe est le plus stable sur la tourbière du Misten. Cela signifie que sur la tourbière de la fagne de Cléfaye et surtout, dans la partie étudiée de la fagne Wallonne, la végétation turfigène subit en permanence des fluctuations de niveau de nappe, parfois considérables. Or, si les espèces de sphaignes se repartissent habituellement selon un gradient d'humidité, certaines supportant une distance plus importante du niveau de la nappe que d'autres, cela ne signifie pas pour autant qu'une même espèce puisse survivre à de telles variations.

Les cartes piézométriques et les représentations de la nappe en trois dimensions permettent de mieux comprendre la répartition de la végétation en surface de la tourbière. Mais ces mesures traduisent également la présence de phénomènes pédologiques, naturels ou non, qui influencent fortement la variation du niveau de la nappe et donc de la végétation de surface, a court, moyen et long terme, tels que : fosses de drainage, exutoire, tranche d'exploitation, fissures dans la masse tourbeuse ...

Etudes paléo-écologiques

Pour tenter de cerner davantage la dynamique des tourbières hautes et surtout essayer de trouver des indices de leur dégradation, il est indispensable de sonder la tourbe immédiatement sous la végétation actuelle.

Les démarches entreprises dans ce cadre ont tenté d'apporter des éléments de réponse aux questions suivantes.
Y a-t-il un lien entre la végétation présente en surface et la constitution de la tourbe récente située juste en dessous ?
Y a-t-il un lien entre la constitution de la tourbe récemment formée et le niveau de la nappe observe sur la tourbière ?
Le contenu en microfossiles de la tourbe est-il affecté par des variations de la nappe aquifère?
Peut-on dégager des différences de constitution de la tourbe suivant l'éloignement du sondage par rapport à la zone centrale active actuelle de la tourbière?

II apparaît clairement que la constitution de la tourbe varie suivant le type de végétation actuelle sous laquelle le prélèvement de tourbe est effectué et suivant l'amplitude des fluctuations du niveau de la nappe enregistrées à cet endroit.

Sur la tourbière du Misten, l'analyse palynologique de sondages de tourbe distants de 10 m a permis de montrer que les couches de tourbe représentant le (ou les) même(s) évènement(s) paléobotanique(s), n'ont pas la même épaisseur dans chacun des sondages et que certaines peuvent même être absentes. De même, à flux pollinique constant, la vitesse d'accumulation de la tourbe est supérieure au centre de la tourbière par rapport à sa périphérie. Si l'on considère un même évènement paléobotanique et donc, une même période, on voit que la concentration pollinique y est inversement proportionnelle à l'épaisseur de la tourbe formée.

Une limite majeure sépare les sondages de la surface de la tourbière du Misten en deux parties distinctes : la partie supérieure, la plus récente, caractérise par l'influence de la position topographique du sondage sur la vitesse de tourbification; la partie inférieure, la plus ancienne, dans laquelle cette influence est moins marquée.

Grâce à différentes techniques de datation (14C, concentrations polliniques et sondages de référence), cette limite majeure peut être datée approximativement du milieu du 14ème siècle. Ce phénomène doit se rapporter, non pas à un phénomène climatique, mais davantage à un phénomène anthropogène, vu la courte distance qui sépare les sondages les uns des autres. II correspondrait plutôt à l'exploitation artisanale de la tourbe qu'aux effets néfastes du fossé d'Eupen, dont l'installation est nettement postérieure (1774).

De nombreux microfossiles, identifiables ou non, présents dans les sondages (rhizopodes, conidies ...) peuvent sans doute servir d'indicateurs de dégradation de la tourbe, par rapport au niveau de la nappe. Ces études doivent être approfondies et systématisées avant d’aller plus avant.

II ressort surtout de ces études que, pour entreprendre des essais de régénération sur une tourbière, il faut non seulement tenir compte de la végétation actuelle et des paramètres hydrologiques, mais également de la structure et de la composition de la tourbe, du moins dans la partie supérieure des dépôts.

Recherche et gestion

S'il s'avère incontournable d'intervenir dans le cours de l'évolution actuelle des tourbières belges pour éviter qu’elles ne disparaissent, il apparaît également clairement qu' on ne peut, en aucun cas, appliquer automatiquement des mesures de restauration probantes en d'autres lieux, sans une connaissance poussée de paramètres écologiques qui les régissent localement.

II résulte de manière évidente de ce travail, que non seulement le suivi scientifique des mesures de gestion entreprises est impératif, mais surtout que des mesures préalables d’études des sites et de leurs caractéristiques sont indispensables.
Ce type d’études est conséquent, car il nécessite un investissement important de la part du chercheur et provoque souvent des dommages à la flore et à la faune étudiées. Pourtant, ces recherches s'avèrent être un minimum indispensable à la compréhension des systèmes tourbeux et devraient même être complétées par d'autres études plus poussées (lysimétriques, structurelles ou chimiques...).

La standardisation du mode de récolte des données, l'amélioration des techniques de prise d'informations et la gestion organisée des résultats obtenus de façon à les rendre accessibles à tous les chercheurs, devraient permettre d’alléger le travail.

L'informatique et la technologie électronique miniaturisée pourraient participer à l'amélioration du rendement des prises de mesures, au bénéfice du chercheur comme de la réserve. Vu les technologies de pointe impliquées, ces procédés modernes d'étude et de collecte des données seraient onéreuses, mais en comparaison des coûts des lourds travaux à entreprendre dans la réserve pour espérer sauvegarder les tourbières hautes, cela semble dérisoire. De plus, une telle préparation des mesures de gestion à entreprendre ne peut qu’améliorer le rendement de celles-ci.

Si malgré tous les efforts, la sauvegarde des joyaux de la réserve naturelle domaniale des Hautes-Fagnes est compromise, ces recherches permettront au moins d'avancer dans le domaine complexe de la compréhension des systèmes tourbeux que constituent les tourbières hautes.
[en] In temperate Europe, intact raised bogs from Northern Germany to the French Massif Central are part of rare postglacial ecosystems that one can consider as natural or very close to the natural state. Unfortunately, many of them have been degraded or highly disturbed by intense human activities.

Some of them, however, kept a subintact central part. This is the case for the three big raised bogs situated in the Hautes-Fagnes plateau in Belgium: the fagne Wallonne, the fagne de Clefaye and the Misten raised bogs. Their vegetation belongs to the Vaccinio oxycocci-Sphagnetea magellanici Br.-Bl. & Tx. 43 and Eriophoro vaginati-Sphagnetalia papillosi Tx. 70.

But the legal conservation measures are not sufficient to guarantee their protection : in the course of the last 30 years, 10 to 25% of the area covered with intact raised bogs of the Hautes-Fagnes plateau have been degraded, mainly invaded by Molinia caerulea.

Although it is important to bring forward such alarming observations, it is more essential to understand exactly the origin of the factors causing the degradation, if suitable measures to thwart the factors that condition them, and try to attenuate if not suppress their harmful effects, and thereby restore the conditions that will enable the natural vegetation from these environments to recover the lost areas.

Here are the main objectives of this work:
• To highlight the current and recent ecological and phytodynamic consequences of the degradation of the raised bogs;
• To identify and date the causes of the degradation that struck the intact parts of the raised bogs present on the Hautes-Fagnes plateau;
• To examine the practical management measures in the short-, medium-, and long-term taken in Belgium and abroad in order to restore the natural evolution of the peatlands.

Studies of the vegetation

The vegetation maps, on a scale of 1/250, indicate that, despite some differences, the degradation phenomenon seems to begin in the same way in the three bogs. We can notice:
• an invasion by Molinia caerulea of the intact peat areas (in sometimes very high tussocks) but also its presence, in a more diffuse form, within the -narrowzones of transition and even among typical bog species;
• a soil draining, resulting in the proliferation of Ericaceae, especially around relatively intact zones;
• the existence of Deschampsia flexuosa, which seems to be linked to rather steep slopes at the edge of zones exclusively colonised by Molinia caerulea,;
• the poor representation, both in terms of quality as quantity, of bryophytes; fewer than 10 species of peatmosses occur in these peatlands, where they are often little or ill-developed;
• the occupation of peat bogs by relatively exclusive species (Empetrum nigrum, Molinia caerulea and other very thick Ericaceae bushes) which prevent other peat forming communities from developing.

The analysis of the vegetation releves taken along three transects shows that the Misten bog appears as the most intact one (or the best preserved one) based on the cover, distribution and vitality of peatmosses, although as indicated by the vegetation map, Molinia caerulea surrounds this raised bog.

The fagne de Clefaye peat bog seems much drier and the percentage of peatmosses cover is lower compared to the Misten bog. Some Empetrum nigrum clumps no longer contain any mosses. On the other hand, this bog holds more Sphagnum species than either of the other two bogs investigated.

The raised bog of the fagne Wallonne is the most degraded one (at least the north-west part of it). The complexity of the problem composed already the focus of several studies as part of a graduate work.

In order to have some idea of the evolution of the vegetation, all the releves which have been carried out along the transects of the three bogs have been the subject of an observation follow-up.

Even if six or seven years between the vegetation releves is too short a time to show some significant evolution in a peat bog, the results nonetheless enable to bring to the fore some trends in the evolution of the vegetation present in the main bogs of the haut-plateau,

Along the itemised transect, the vegetation of the peat bog seems to be stable and optimal for a peat forming activity typical of an ombrotrophic raised bog, to develop.

The northern part of the fagne Wallonne bog shows much more worrying signs of evolution (heaths developing quickly) or signs of degradation of its vegetation (reduction of the number of peatmosses, increasing density of Molinia caerulea, and invasion by Betula alba subsp. glutinosa).

The vegetation of the fagne de Cléfaye bog clearly evolves towards a drier phase (high intensification of heaths development) without leading to the rarefaction of peatmosses.

We wanted to put these evolutional studies in a broader context and take advantage of previous studies carried out on the haut-plateau in similar conditions.

Despite the interpretation difficulties that were met, the different studies allow to assert that there has been a quick change in the vegetation of the raised bogs in the last forty years.

Are we in the presence of a Natural evolution or a degradation process?

The ground cover in the northern part of the fagne Wallonne bog shows obvious signs of degradation. The southern part of it as well as the fagne de Cléfaye bog show instead an evolution of the vegetation towards a stage heavily composed of heaths, with, however, a strong reduction of peatmosses. The Misten bog seems to experience the slowest evolution: is this a former evolution stage of the vegetation or is the balance achieved?

Hydrological studies

In natural conditions, the fluctuations of the water table of an ombrotrophic bog on a one-year scale remain modest: about 10 centimetres from one season to the other. It is thus interesting to check if the variations of the water table level are of the same nature in different spots of the three studied bogs or if the alteration phenomena, that are visible at the vegetation level and are present on the three bogs also appear in the behaviour of water tables at the surface of these bogs.

Based on the follow-up of the 148 dip wells scattered on the three peat bogs, it appears that the Misten bog water table level is the most stable one. This means that the peat forming species, present on the fagne de Clefaye and especially in the studied part of the fagne Wallonne, are constantly subjected to fluctuations (which are sometimes significant) of the water table level. Now, if the peatmosses usually spread according to a humidity gradient, some of them tolerating a greater distance of the water table level than others, it does not mean however that a same species can survive such variations.
The dip wells maps and the 3-dimensional representations of the water table enable to better understand the spreading of the vegetation at the surface of the bog. But these measures also reveal the presence of pedological phenomena, natural or not, such as drainage ditches, outlet, exploitation scar, fissures in the peat mass and others, that very much influence the variation of the water table level and thereby the surface vegetation in the short-, medium-, and long-term

Paleo-ecological studies

In order to better understand the evolution of raised bogs and especially try to find signs of their degradation, it is essential to investigate the peat lying right under the present vegetation.

All the steps that have been set about within this context tried to answer the following questions: Is there a link between the vegetation present at the surface and the recent peat composition lying right under? Is there a link between the recently formed peat composition and the water table level observed on the peat bog?
Are the microfossils, that are contained in the peat, affected by variations of the water table? Can we draw differences in the composition of the peat according to how far the boring has been carried out from the current active central zone of the peat bog?

It clearly appears that the composition of the peat varies according to the type of present vegetation under which the sample was taken and the range of fluctuations of the water table level recorded on this spot.

On the Misten peat bog, the palynological study of peat borings 10 m away from one another allowed to show that peat layers representing the same paleobotanical event(s) do not have the same thickness in each boring and can even be absent.
In the same way, at a constant rate of pollen, the accumulation speed of the peat is higher in the bog centre compared to its margins. If one considers a same paleo-botanical event, and thus a same period of time, one can see that the pollen concentration is inversely proportional to the thickness of the peat.

Two distinct parts are visible on the borings of the Misten peat bog surface: the upper part, the most recent one, characterised by the influence of the topographic position of the boring on the peat forming speed; the lower part, the oldest one, in which the influence is less pronounced.

Thanks to different dating techniques (l4C, pollen concentrations and reference borings), this boundary between the two parts can approximately be dated back to the middle of the 14th century. This phenomenon should be related to an anthropogenic phenomenon rather than to a climatic one, given the short distance separating the borings. It would rather be the result of the manual exploitation of the peat than the harmful effects of the Eupen ditch which was dug much later (1774).

A lot of microfossils, identifiable or not, present in the borings (rhizopodes, conidia ...) can doubtless be used as degradation indicators. Of course, these studies need to be deepened and systematised before going any further.

What emerges especially from these studies is that when one undertakes regeneration attempts on a peat bog, one should not only take the present vegetation and hydrological parameters into account, but also the peat structure and composition, in at least the upper part of the deposits.

Research and management

Although acting on the current evolution of the Belgian bogs appears essential in order to prevent them from disappearing, it is clear that restoration measures that were appropriate elsewhere, cannot be applied to other areas without some thorough knowledge of the ecological parameters that govern them.

The obvious result of this work is that the scientific follow-up of the management measures that have been taken is not only imperative, but that prior study measures of the sites and their characteristics are indispensable.
This type of study is heavy because it requires an important investment from the researcher and often causes a lot of damage to the studied flora and fauna. However, these studies are necessary to understand the peatland systems and should even be complemented by further studies (lysimetric, structural or chemical...) .

The standardisation of the data gathering system, the improvement of the information techniques and the management of the results organised in a way that allows all the researchers to consult them should contribute towards some lightening of the work.

The computer science and the miniaturised electronic technology could improve the efficiency of the measures implemented, thereby benefiting the researcher and the reserve. Given the implied advanced technologies, these modern studies and data gathering processes would be expensive but it is cheap in comparison to the costs of the heavy works that are to be undertaken in the hope of preserving the raised bogs. Moreover, such a preparation of management measures can only improve their efficiency.

If, despite all the efforts, the preservation of the jewels of the state nature reserve of the Haute-Fagnes is jeopardised, these studies will at least allow to go further in the understanding of the raised bogs systems.
Station scientifique des Hautes-Fagnes
Fonds pour la formation à la Recherche dans l'Industrie et dans l'Agriculture (Communauté française de Belgique) - FRIA
Etude des tourbières hautes à sphaignes
Researchers ; Professionals ; Students
http://hdl.handle.net/2268/83096

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